柱塞气举工艺在低压低产含水气井上的排水采气效果分析
柱塞气举工艺在低压低产含水气井上的排水采气效果分析
随着含水气田的不断开发，老井的压力、产量逐渐降低，自身携液能力变差，尤其是一些出油、出蜡气井，需频繁降压带液辅助生产，使低压低产气井产能无法稳定释放。根据柱塞气举排水采气工艺在低压低产井上的试验情况分析，初期达到了较好的增产和清理井筒积液效果，后期通过制度调整基本达到了间歇开井制度下的稳定生产。本次工艺试验对后期柱塞气举工艺在低压低产气井上的推广应用提供了经验和参考。
试验背景
1.1 试验井情况
X1井投产于2005年3月，是一口多层位合采的直井，主力生产层位为H2和S2层，两个产层均为含水气层。稳产15年时间至2019年初，井口油压已降至平均1.6 MPa，日均产气量2 387 m3，日均产液量0.34 m3，为典型的低压低产含水气井。
由于油管串带有未解封的封隔器，井底油管与油套环空为不连通状态，前期生产通过定期由井口向油管投注固体泡排棒的方式辅助气井带液，但由于该井产出液中含有5%的凝析油，泡排药剂的起泡和稳泡效果受影响较大，且气井压力较低、生产流量较小，无法满足稳定生产的带液需求。通过井内流压梯度测试，结果显示该井在1 643 m处出现变密度界面，估算井内液柱高度约600 m，抑制气层产出气效果，若井筒内液柱降低，则可有效提高气井采收率。图1、图2为X1井的流压流温梯度图及管柱结构图。
图1 X1井试验前流压流温梯度图
图2 X1井管柱结构图
1.2 工艺原理
柱塞气举是气井间歇举升的一种排水采气工艺。柱塞在举升气体和被举升液体之间作为一种机械密封界面，最大限度的减少密封界面以上的气体滑脱损失，从而有效提高气体能量的举升效率。柱塞举升的能量主要来源于气井本身的地层产能，气流将柱塞从井下推向井口，实现不断的将进入井底或井筒的液体举升到井口，使气井恢复生产或有效的延长气井的生产期，最终达到提高气井采收率的效果。
试验设计
根据柱塞气举排采工艺原理和柱塞运行条件，设计选井要求需满足：（1）自喷或间喷井，产水量小于10 m³/d；（2）垂直井深≤3 500 m，井筒内油套管管壁规则，缩径和扩径≤10%。
根据选井条件，结合气井生产条件及通井结果，X1 井符合柱塞气举工艺试验的条件。根据X1井管柱结构及井内积液情况，设计柱塞坐落器下入位置为靠近安全接头或水力锚位置，柱塞气举下深及运行参数设计见表1。
表1 柱塞气举下深参数设计表
试验效果评价
3.1 总体效果
X1井2019年4月20日启用柱塞气举排水采气工艺，在7个月的试验运行期间主要进行了4种工作制度的试验，前期达到了较好的增产和排积液效果，后期由于产能的不足，产气产液出现下降较快的情况。图3为X1井柱塞气举试验前后生产曲线图。
3.2 阶段效果分析
3.2.1 第一阶段（一周期开8 h、关4 h）
X1井柱塞气举工艺在运行初期（4月20日-6月16日）采用每天两开两关，单周期开8 h、关4 h的生产制度，日均生产16 h，取得了较好的清理积液效果，日均产气量达到了8 408 m3，日均产液量1.58 m3。
如图4，以5月10日柱塞运行单周期压力和流量关系曲线为例分析：在关井恢复4 h后开井生产，柱塞经过30 min到达井口，单次排液1.32 m3，之后续流生产8 h，压力和生产流量平稳。
图3 X1井柱塞气举试验前后生产曲线图
图4 X1井柱塞运行初期单周期压力流量图
3.2.2 第二阶段（一周期开6 h、关6 h）
随着第一阶段逐步将井内积液带出并释放产能，X1井的产气产液开始快速下降，第二阶段（6月23日-9月16日）调整生产制度，延长关井恢复压力时间，将生产制度调整为每天两开两关，单周期开6 h、关6 h。在此制度下，该井稳定生产85天，日均产气量6 313 m3，日均产液量0.49 m3，产液量较第一阶段下降明显。
如图5，以7月8日柱塞运行单周期压力和流量关系曲线为例分析：在关井6 h后开井生产，柱塞经过30 min到达井口，单次排液0.39 m3，之后续流生产6 h，压力和生产流量平稳。
图5 X1井柱塞运行第二阶段期单周期压力流量图
3.2.3 第三阶段（一周期开5 h关7 h、开4 h关8 h）
柱塞运行第二阶段末期，X1井产气产液下降迅速，并出现连续多天未出液的情况，判断限位器以上已无积液，且气井产能较前期下降较快，因此第三阶段再次调整生产制度，延长关井恢复时间。
采用每天两开两关，单周期开5 h关7 h的生产制度，如图6，以11月1日柱塞运行单周期压力和流量关系曲线为例分析：在关井7 h后开井生产，柱塞经过20 min到达井口，未出液，之后续流生产5 h，压力和流量下降较快。
图6 X1井柱塞运行第三阶段期单周期压力流量图
采用每天两开两关，单周期开4 h关8 h的生产制度，如图7，以11月30日柱塞运行单周期压力和流量关系曲线为例分析：在关井8 h后开井生产，柱塞经过20 min到达井口，未出液，之后续流生产4 h，压力和流量较为平稳。
图7 X1井柱塞运行第三阶段期单周期压力流量图
3.2 其他效果分析
X1井柱塞气举试验前依靠泡沫排水采气工艺排水效果较差，且由于气井出油（含油量10%），长期泡排制度下，井内乳化物堆积严重，影响气井带液及产能释放。
柱塞气举工艺运行初期，气井出液取样呈现黑褐色黏稠状，至后期液样逐步澄清。判断为柱塞在井内往复运行过程中将油乳等井内结垢刮削并返排，使气井管柱更加通畅，利于带液。
结 论
1）X1井在柱塞气举工艺运行期间，不同的生产制度下，通过关井恢复压力，开井后柱塞均能在短时间（20~30 min）内到达井口，能够较好地达到清除限位器上方积液的效果。
2）X1井柱塞气举工艺试验在运行过程中，生产制度均采用两开两关，仅通过调整开关井的时间来实现气井的稳定生产，而未通过调整合适的气嘴大小实现对流量的合理控制，使前期产能释放过快，造成后期产气产液下降过快。
3）X1井柱塞气举工艺运行后期，限位器上方已无积液，柱塞的运行未起到带液效果，应根据情况重新调整限位器下深，达到清理下部积液的效果。
4）柱塞气举工艺在高含油气井上的应用较泡沫排水采气工艺有明显的优势，在提高气井带液效率的同时，有效地避免了井筒内形成油乳结垢的风险。
5）柱塞气举工艺在井深小于3 000 m且地层中部流压大于8 MPa的低压低产气井上应用，柱塞可以顺利到达井口，取得一定的清理积液效果，但需调整合适的间歇生产制度和配产，使气井能够长期稳产。
6）柱塞气举工艺清理积液的效果受气井油管下深及井内特殊措施管柱的限制，对于油管喇叭口以下或特殊措施管柱以下的井筒内积液则无法通过柱塞的往复运行带至井口。